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        概率論與數(shù)理統(tǒng)計教學淺談

        2016-02-22 18:51:17劉雪峰常冬梅
        科技視界 2016年5期
        關(guān)鍵詞:概率論與數(shù)理統(tǒng)計啟發(fā)式教學案例教學

        劉雪峰 常冬梅

        【摘 要】概率論與數(shù)理統(tǒng)計是一門實際生活和工程應(yīng)用中都有重要意義的課程。在概率論與數(shù)理統(tǒng)計的課堂教學中,如何引起學生的學習興趣,讓學生深入了解本門課程的實際意義是決定學生學習效果的關(guān)鍵因素。本文結(jié)合實際課堂教學中的經(jīng)驗,以幾個實際案例為例子,提出了幾點建議。

        【關(guān)鍵詞】概率論與數(shù)理統(tǒng)計;啟發(fā)式教學;案例教學

        國內(nèi)多數(shù)高校工科本科生都開設(shè)了概率論與數(shù)理統(tǒng)計這門課程[1-2]。該課程無論是在經(jīng)濟、管理、力學、軍事科學等眾多學科和實際生活中都有廣泛的應(yīng)用,而且是控制、計算機等一些專業(yè)課的基礎(chǔ)課。但是作為一門數(shù)學專業(yè)課,學習有一定難度,如果不注意教學中的方式方法,容易讓學生感到枯燥難懂,失去學習興趣,影響教學效果。因此,當對工科學生講授這門課程時,應(yīng)盡可能豐富教學方式,讓學生多了解這門課的實際意義,并更多地親身參與到教學當中。本文就此問題,結(jié)合筆者的教學經(jīng)驗做幾點探討。

        1 啟發(fā)式教學

        概率論與數(shù)理統(tǒng)計課程中有較多的公式推導(dǎo),如果單純采用板書或ppt推導(dǎo)的方式進行授課,學生很容易會感到枯燥乏味,教學效果不好。因此比較好的方式是逐步啟發(fā)學生思考問題,讓學生跟隨老師的思路一步一步進行思考,由此體驗在老師的幫助下自己解決問題的成就感。

        以幾何概型部分的布豐投針問題為例。公元1777年的一天,法國科學家布豐邀請很多朋友一起做了一個實驗:紙上預(yù)先畫好了一條條等距離的平行線。接著他又抓出一大把原先準備好的小針,這些小針的長度都是平行線間距離的一半。把這些小針一根一根往紙上扔,記錄了所有人的投針結(jié)果,共投針2212次,其中與平行線相交的有704次??倲?shù)2212與相交數(shù)704的比值為3.142,即π的近似值。這是古典概型的經(jīng)典應(yīng)用。在課堂上,在古典概型部分的最后講解這個例子,讓學生把所學知識應(yīng)用到實際當中,體驗數(shù)百年前科學家的思想。首先讓學生考慮將這個實驗抽象成數(shù)學問題,大致可以總結(jié)成為:設(shè)平面上畫著一些有相等距離2a(a>0)的平行線,向此平面上投一枚質(zhì)地勻稱的長為2l(l

        通過這一過程,讓學生逐步體會古典概型中較難解決的幾何概型問題的求解過程,避免教師一言堂,單純語言敘述和公式推導(dǎo)的枯燥乏味。

        2 在教學中增加互動

        除了采用啟發(fā)式教學,讓學生在老師的提示下獨立思考外,在課堂中設(shè)置一些互動,讓學生親身參與其中也有利于讓學生更深刻體會教學內(nèi)容。

        例如,曾在美國多次引起大范圍討論的“三門問題”[3]。該問題亦稱為蒙提霍爾問題,出自美國一個電視節(jié)目。有三個門,其中兩個門后面是羊,一個門后面是汽車,參賽者選中其中一個門后,主持人開啟剩余兩扇門中一個后面是羊的門,此時參賽者可以選擇換另一個門。主持人是知道每個門后面的情況的,那么參賽者選擇換門是否可以增加得到汽車的概率?答案是肯定的,如果參賽者不換門,得到汽車的概率是1/3,而換門后得到汽車的概率是2/3。大多數(shù)人直觀的感受是換門與不換門的結(jié)果不應(yīng)該有區(qū)別的,即各有一半的概率。因此本問題是數(shù)學上直觀感受與理論分析明顯不相符的一個有代表性的問題。而且本問題可以從概率論的多個角度去分析,如可以采用窮舉法、古典概型的基本算法或條件概率等不同的角度驗證。因此有利于學生展開大范圍討論并結(jié)合概率論中的多種知識去思考,讓學生熟練運用以前學過的知識。

        而且,在討論結(jié)束后,本問題可以很容易地通過實驗來驗證。可以找學生進行模擬實驗,比如選擇兩黑一紅三張撲克牌,抽到紅色牌算是中獎,模仿三門問題的抽獎過程,如此反復(fù)進行實驗30-50次并統(tǒng)計結(jié)果,即可明顯看出換牌與不換牌中獎概率的差別。在這方面類似的問題如“三張卡牌的騙局”等等不再贅述。如此讓學生從多方面參與到教學當中,有利于學生集中注意力,并可以調(diào)動學生學習的主觀能動性。

        3 采用案例教學方法

        概率論和數(shù)理統(tǒng)計的知識在生活的各個角落都可以找到應(yīng)用,讓學生了解這一點對引發(fā)學生的學習興趣有很大幫助,而且有利于幫助學生將課堂學習的知識真正應(yīng)用于實際的生產(chǎn)生活中。因此采用案例教學方法,在教學中采用與實際生產(chǎn)生活緊密聯(lián)系的例子有助于提高教學效果。

        例如,著名的美國橄欖球運動員辛普森殺妻案的庭審中,就在很多處與概率論和數(shù)理統(tǒng)計的知識有重要關(guān)聯(lián)[4]。例如,在庭審最初階段,控方反復(fù)強調(diào)辛普森曾有家暴現(xiàn)象,因此有殺妻的動機。而辯方的律師引用數(shù)據(jù)顯示,有家暴的男性中,最終殺妻的比例不足1/2500。但是,如果仔細思考這個問題就會發(fā)現(xiàn),辯方的論據(jù)與實際問題是不相符的。辯方所說的是丈夫有家暴前提下殺妻的概率,而實際的問題應(yīng)該是:在丈夫有家暴且妻子死于謀殺的前提下,妻子是被丈夫所殺的概率。通過當時的數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示,有43位被家暴且被謀殺的女性,其中40人是被丈夫所殺,即丈夫有家暴且妻子死于謀殺的前提下,妻子是被丈夫所殺的概率高達93%!這就是一個標準的條件概率問題,盡管算法并不復(fù)雜,但是認清條件和事件是問題的關(guān)鍵。

        另外,盡管眾多證據(jù)顯示辛普森是兇手的可能性很大,但是由于本案仍有一些疑點顯示辛普森也存在被人陷害的可能,根據(jù)美國法律疑罪從無的思想,辛普森最終被判無罪釋放。這是本案最終受到大量爭議的關(guān)鍵之一。而這種疑罪從無的思想,與數(shù)理統(tǒng)計中假設(shè)檢驗中降低受偽錯誤的思想是類似的。既然在已有條件固定情況下,受偽錯誤(將無罪的人判為有罪)和去真錯誤(將有罪的人無罪釋放)不可以同時降低,那么如果為了保護人權(quán)想盡可能降低受偽錯誤,那么有較高的去真錯誤也就無法避免了,美國法律即是如此。假設(shè)檢驗的理論是比較難以理解的,因此在理論講解中引入類似的實際案例進行類比,有助于學生較快的理解。

        4 結(jié)語

        綜上所述,概率論與數(shù)理統(tǒng)計課程在工程和生活中的實用性較強,對工科學生普遍開展本課程有重要意義。但是本門課在很多部分較難理解,有必要采取多種方法激發(fā)學生的學習熱情,并讓學生學習將這門實用性較強的課程真正與實際生活聯(lián)系起來,從而提高學習效果。

        【參考文獻】

        1]盛驟,謝式千,潘承毅.概率論與數(shù)理統(tǒng)計[M].北京:高等教育出版社,2014.

        [2]陳希孺.概率論與數(shù)理統(tǒng)計[M].合肥:中國科學技術(shù)大學出版社,2009.

        [3]謝騰.三門問題的理論縱觀[J].福建論壇(人文社會科學版),2010(S1):222-223.

        [4]史蒂夫·斯托加茨.魯冬旭,譯.x的奇幻之旅[M].北京:中信出版社,2014.

        [責任編輯:王楠]

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